輥道窯燒結(jié)氧化鋁泡沫陶瓷過濾板的熱工工藝研究

摘 要：本文采用日用陶瓷、建筑陶瓷廣泛使用的節(jié)能環(huán)保輥道窯對氧化鋁泡沫陶瓷過濾板進行燒結(jié)，結(jié)合泡沫陶瓷過濾板的燒結(jié)特性，制定了輥道窯的具體參數(shù)，如：輥道窯的預(yù)熱帶、燒成帶和冷卻帶的長度比例、選定燒結(jié)氣氛、制定燒成曲線等。同時，研究了陶瓷過濾板的兩種不同配方及燒結(jié)方式，對比了兩者的燒結(jié)溫度特性、燒結(jié)產(chǎn)品外觀質(zhì)量和理化性能。實驗結(jié)果表明，輥道窯對陶瓷過濾板有廣泛的適用性，輥道窯燒結(jié)泡沫陶瓷過濾板不僅產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、單位能耗小、產(chǎn)量大，而且在廢氣回收、余熱利用等方面有很大的實用價值。

關(guān)鍵詞：輥道窯；泡沫陶瓷；燒成；節(jié)能

1 前言

輥道窯（Roller Hearth Furnace）又名輥底窯，其作為新型綠色環(huán)保窯爐，在建筑陶瓷和日用陶瓷等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用[1]。因輥道窯具有燒成速度快、單位能耗少、產(chǎn)量高、燒成溫差小等特點，已成為國內(nèi)建筑衛(wèi)生陶瓷廣泛使用的燒成設(shè)備，漸漸開始取締梭式窯或隧道窯[2～3]。據(jù)了解，國內(nèi)每年打造的輥道窯約有上百條，基本都用作陶瓷制品燒結(jié)。

但在特種陶瓷生產(chǎn)過程中，國內(nèi)大多廠家還是以梭式窯或隧道窯為主。比如國內(nèi)泡沫陶瓷過濾板的燒結(jié)均為隧道窯或梭式窯，但隧道窯或梭式窯燒結(jié)泡沫陶瓷過濾板都存在較多的缺陷，其中，隧道窯的缺陷包括：

（1） 隧道窯采用隔焰燒成，其窯內(nèi)溫度均勻性差，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。

（2） 人工進窯，勞動強度大，產(chǎn)量低。

（3） 需要用推板作為窯具，無形中浪費了大量能源。

（4） 推板使用壽命短，需要不停更換。

（5） 過濾板堆放繁瑣，并且易導(dǎo)致倒窯。

梭式窯的缺陷包括：

（1） 窯體較高，窯內(nèi)溫度差大，產(chǎn)品質(zhì)量不均一。

（2） 人工進窯，勞動強度大，產(chǎn)量低。

（3） 隨爐冷卻，燒成周期長，能源浪費明顯。

（4） 間歇性生產(chǎn)，并且需要用硼板作為窯具，無形中浪費了大量能源。

（5） 由于氣氛、燒成人員等因素，每一窯的產(chǎn)品質(zhì)量很難達到一致。

因此，研發(fā)一種適用于泡沫陶瓷過濾板燒結(jié)的輥道窯，用以克服以上燒成方式導(dǎo)致的缺陷，提供一種快速燒成、產(chǎn)量大、能耗少、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的泡沫陶瓷過濾板，成為國內(nèi)泡沫陶瓷過濾板廠家研究的重要課題。

2 實驗內(nèi)容

本實驗內(nèi)容采用氧化鋁材質(zhì)的過濾板漿料，以多孔聚氨酯海綿為前驅(qū)體，通過浸漬上漿工藝進行上漿；再經(jīng)干燥、噴漿工藝；最后采用一條長為60m，使用溫度為1250℃的輥道窯為過濾板燒成設(shè)備。該輥道窯為筆者公司與窯爐公司合作研發(fā)建造，是針對泡沫陶瓷過濾板燒成而用，該技術(shù)擁有國內(nèi)發(fā)明專利，其專利號為：ZL201110342739.7。

2.1 原料的準備

本實驗以α-氧化鋁、磨細成品廢料、高嶺土、長石、白剛玉、硅微粉、滑石和磷酸二氫鋁等粉料為主要原料，按重量比例稱量后，倒入球磨機，再加入上述干粉料重量的15%～25%的水，一起球磨3～6h，混合成均勻漿料[4]。

由于原料配方具有一定的范圍，對于不同的生產(chǎn)工藝，原料配方會存在一定的波動。原料配方的范圍以及所采用的配方組成如表1所示。本文中的1#配方和2#配方采用相同的上漿、干燥工藝，但采用不同的燒成工藝，然后對其結(jié)果進行比較。

2.2 過濾板坯體的制備

采用上述1#和2#配方制備陶瓷漿料，用尺寸為17英寸（432mm）的常規(guī)聚氨酯多孔海綿進行上漿、干燥、噴漿工藝，測得坯體的性能如表2所示。

2.3 燒成工藝

將噴漿干燥好的坯體，進行燒結(jié)。燒結(jié)采用60m長的液化氣明焰輥道窯，該窯具備節(jié)能顯著、操作方便、自動化程度高、安全穩(wěn)定以及溫差小等特點。

2.3.1輥道窯參數(shù)

輥道窯有效尺寸為60000mm×1600mm×1350mm，其中，坯體裝載高度為180mm。輥道窯內(nèi)設(shè)計最高溫度為1250℃，采用氧化焰，控制溫差為±5℃。電氣控制系統(tǒng)采用PID智能儀表控制；硼板規(guī)格為450mm×450mm；輥棒規(guī)格為φ55mm×3000（2800）mm；窯體共24節(jié)，2.5m/節(jié)。輥道窯窯體分為預(yù)熱帶、燒成帶和冷卻帶，針對泡沫陶瓷過濾板的燒成特性，按比例劃分了預(yù)熱帶、燒成帶和冷卻帶的長度。窯爐主體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.3.2燒成周期和燒成曲線

燒成周期通過輥棒轉(zhuǎn)動速度可以調(diào)節(jié)，其設(shè)定范圍為12～18h，現(xiàn)設(shè)定T=16h為實驗燒成周期，最高燒成溫度為1180℃。燒成曲線如圖2所示。

2.3.3輥道窯燒結(jié)方案

1#配方采用1150℃的最高燒結(jié)溫度，2#配方采用1180℃的最高燒結(jié)溫度，保溫時間均為1.5h，兩者燒成曲線近似。其中，1#配方采用雙層燒結(jié)，2#配方采用單層燒結(jié)。

3 結(jié)果與分析

3.1 配方1#和配方2#燒成過濾板工藝及性能對比

配方1#由于助熔劑（長石、滑石）含量較多，其燒結(jié)溫度相對較低[5]。結(jié)合輥道窯自身特性，配方1#和配方2#的溫度在輥道窯內(nèi)控制的實際溫度見表3。其熱電偶顯示的溫度控制點如圖1所示。當設(shè)定最高溫度為1180℃時，通過FERRO測溫環(huán)（1130～1400℃）測得實際值為：傳動邊1183℃、被動邊1180℃、窯內(nèi)橫向溫差為3℃。

通過表3可知，升溫前600℃由于過濾板內(nèi)多孔海綿排膠，為防止出現(xiàn)裂紋或者啞聲等缺陷，需要控制其緩慢升溫及適合輥道窯內(nèi)的溫度場[6-7]。表4為配方1#和配方2#通過輥道窯燒結(jié)的過濾板產(chǎn)品的外觀和性能。

比較1#配方采用的雙層燒結(jié)的過濾板，得出雙層燒結(jié)的過濾板上、下兩片過濾板外觀質(zhì)量和理化性能都基本一致，并且與單層燒結(jié)的過濾板也具有基本相同的外觀和性能。說明輥道窯適合過濾板的兩層或者多層燒結(jié)。

3.2 輥道窯燒成過濾板產(chǎn)量和能耗分析

采用雙層燒結(jié)，燒成周期T=16h、窯長60m、窯寬1350mm、硼板規(guī)格為450mm×450mm、過濾板規(guī)格為432mm×432mm×50mm。根據(jù)過濾板車間的統(tǒng)計，技術(shù)人員每隔5.5h換一次煤氣，每次換4瓶，每瓶煤氣50kg。

由上述數(shù)據(jù)可換算出一天及每月的產(chǎn)量為V：

換算單位產(chǎn)量的液化氣能耗為M：

根據(jù)當?shù)匾夯瘹馐袌鰡蝺r為6.5元/kg計算，得出單位過濾板燒成成本為W：

W=78.2×6.5=508.3元

相比公司以前1.2m3產(chǎn)量的梭式窯單位能耗的成本為W=140×6.5=910元，因此，可降低燒成成本65%，并且輥道窯的冷卻風(fēng)還用以過濾板坯體的干燥，也減少了不少液化氣的使用量。另外，通過利用預(yù)熱帶排膠區(qū)的熱風(fēng)煙氣，作為高溫區(qū)助燃風(fēng)，既焚燒了煙氣，也降低了煤氣用量，取到了較好的節(jié)能減排作用[8]。

筆者得出，如果過濾板增加到3層，以17英寸過濾板為例，每月產(chǎn)量可增加至500m3，且其單位能耗會進一步降低，生產(chǎn)成本也會隨之減少。

4 結(jié)論

（1） 輥道窯燒結(jié)溫差小、窯內(nèi)氣氛穩(wěn)定、產(chǎn)量大、燒結(jié)單位能耗小，可以得到質(zhì)量穩(wěn)定、成本低的泡沫陶瓷過濾板產(chǎn)品。

（2） 輥道窯燒成范圍廣、PID控制簡單，適合于不同燒結(jié)溫度的氧化鋁泡沫陶瓷配方。

（3） 嚴格控制輥道窯內(nèi)前600℃的升溫速率，其控制速度要小于1.8℃/min。

（4） 保證坯體較低含水率（≤1.0%），輥道窯適應(yīng)于兩層或多層過濾板燒結(jié)，不會影響下層過濾板產(chǎn)品性能。

（5） 輥道窯相比梭式窯產(chǎn)量可增加幾倍，燒結(jié)同規(guī)格的過濾板單位能耗可降低65%。

參考文獻

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